KR102086259B1 - Construction safety management system using wearable safety device and wireless network and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 건설현장에서 작업자의 안전을 관리하는 웨어러블 기기와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.An embodiment according to the concept of the present invention relates to a construction safety management system using a wearable device and a roller network that manages worker safety at a construction site and a method for operating the same.
일반적으로 건설공사 현장에는 다양한 분야에 다수의 작업자가 배치되어 작업을 수행하고 있으며, 안전사고도 매우 빈번하게 발생하고 있으므로, 작업자에 대한 안전관리가 매우 중요하다. 그러나 많은 작업자들을 관리하는 관리자는 매우 소수로 운용되고 있으므로, 관리자가 건설 현장에서 일어나는 모든 작업 상황을 정확하게 파악하여 안전사고를 미연에 방지하는 데에는 한계가 있다.In general, a number of workers are placed in various fields at a construction site to perform work, and safety accidents are very frequent, so safety management for workers is very important. However, because there are very few managers who manage many workers, there is a limit in preventing safety accidents by ensuring that the manager accurately grasps all work situations occurring at the construction site.
따라서 작업자가 착용 가능한 웨어러블 안전장비를 활용하여 개개인의 상태를 파악하고 이상이 있는 경우 경고 메시지를 전송하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent an accident in advance by grasping the condition of an individual and sending a warning message when there is an abnormality by using wearable wearable safety equipment.
이와 관련한 넥밴드형 웨어러블 장치 및 이를 이용한 활동알림 시스템으로서, 한국공개특허 제10-2018-0072145호에 활동자 상태 정보와 환경 상태 정보 중 적어도 어느 하나에 의해 유해 경보를 발생하는 헬스프로세서를 이용하여 활동자에게 알림 메시지를 전송하는 웨어러블 장치가 개시되어 있다. As a neckband-type wearable device and an activity notification system using the same, an active agent using a health processor that generates a harmful alarm by at least one of activator status information and environmental status information in Korean Patent Publication No. 10-2018-0072145 Disclosed is a wearable device that sends a notification message to a user.
그러나, 이 시스템은 활동자의 움직임, 생체 신호 및 활동자 주변의 환경 정보를 이용하여 활동 알림을 제공하는 방법에 대한 개시가 있을 뿐, 구체적인 작업자의 작업 강도, 작업자의 건강 상태 및 사고 발생 여부 등의 판단 방법, 측정 및 계산 방법에 개시가 없다. However, this system only discloses a method of providing activity notification using the movement of the actor, bio-signals, and environmental information around the actor, and determines the specific worker's work intensity, the worker's health status, and whether an accident has occurred. There is no disclosure in the method, measurement and calculation method.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 웨어러블 안전장비와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템 및 이의 동작 방법은 작업자가 착용하는 웨어러블 디바이스를 통해 작업자의 작업 강도, 작업자의 건강 상태 및 사고 발생 여부를 감지하고 위험 상황에 경고 및 알람 서비스를 작업자 및 관리자에게 전송하여 작업자의 안전을 관리하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above problems, and the construction safety management system and its operation method using the wearable safety equipment and the roller network of the present invention include a worker's work strength through a wearable device worn by an operator, It aims to manage the safety of workers by detecting health conditions and accidents and sending warning and alarm services to workers and managers in dangerous situations.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨어러블 안정장비와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법은, 서버가, 상기 웨어러블 안전장비에 포함된 심박 센서와 가속도 센서 각각으로부터 상기 로라 네트워크를 통해 작업자의 심박수와 상기 작업자의 순간 가속도 각각을 수신하는 단계와, 상기 서버는 상기 심박수와 상기 순간 가속도에 기초하여 상기 작업자의 작업 강도와 상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계와, 상기 서버는 상기 작업 강도와 상기 안전 상태에 기초하여 경고 알람 등급을 판단하는 단계와, 상기 서버는 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 관리자 앱 중에서 적어도 하나로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 작업 강도는 상기 작업자가 현재 수행하고 있는 작업이 상기 작업자의 신체에 주는 부하의 정도를 의미하고, 상기 안전 상태는 상기 작업자에게 현재 사고가 발생했음을 나타내는 사고 감지와, 상기 작업자에게 사고가 발생할 위험이 있음을 나타내는 위험 상태를 포함한다.Method for operating the construction safety management system using the wearable stabilizer and the roller network of the present invention for achieving the above object, the server, the heartbeat sensor and the acceleration sensor included in the wearable safety equipment from the roller network respectively Receiving each of the worker's heart rate and the worker's instantaneous acceleration, and the server determining the worker's work intensity and the worker's safety state based on the heart rate and the instantaneous acceleration, and the server comprising: Determining a warning alarm level based on the job strength and the safety status, and the server transmitting the alarm status and the safety status to at least one of the wearable safety equipment and the manager app, wherein the job strength is The work currently being performed by the worker is Means the degree of load on the operator's body, and the safety state includes an accident detection indicating that an accident has occurred to the worker, and a dangerous state indicating that there is a risk of an accident occurring to the worker.
상기 작업 강도를 판단하는 단계는, 상기 서버가 상기 작업자의 휴식기 심박수와 상기 작업자의 현재 심박수를 이용하여 심박수 증가율을 계산하고, 상기 심박수 증가율을 기초로 상기 작업 강도가 경작업인지, 중등작업인지, 또는 중작업인지 여부를 판단하고, 상기 경고 알람 등급을 판단하는 단계는,상기 서버가 판단된 작업 강도에 따라 서로 다른 경고 알람 등급을 판단한다.In the determining of the work intensity, the server calculates a heart rate increase rate using the resting heart rate of the worker and the current heart rate of the worker, and based on the rate of increase of the heart rate, whether the work intensity is light work or secondary work, Alternatively, determining whether it is a heavy work, and determining the warning alarm level, the server determines different warning alarm levels according to the determined work intensity.
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는, 상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 변이도를 계산하는 단계와, 상기 순간 가속도와 상기 작업자의 체중을 이용하여 상기 작업자의 활동량을 계산하는 단계와, 상기 심박 변이도와 상기 활동량을 이용하여 상기 작업자가 얼마나 피로한 상태에서 얼마나 많은 활동을 하였는지를 나타내는 신체 위험도를 계산하는 단계와, 상기 신체 위험도에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 위험 상태로 판단하는 단계를 포함한다.Determining the safety state of the worker comprises: calculating a heart rate variability of the worker using the heart rate, calculating an activity amount of the worker using the instantaneous acceleration and the weight of the worker, and the heart rate And calculating a physical risk indicating how much activity the worker has performed in a fatigued state using the variability and the activity amount, and determining the safety state of the worker as a dangerous state according to the physical risk.
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는, 상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 미약 또는 심박 과다 여부를 판단하는 단계와, 상기 가속도를 이용하여 상기 작업자의 자유 낙하 여부를 판단하는 단계와, 상기 심박 미약 또는 심박 과다 여부와 상기 자유 낙하 여부에 기초하여 상기 작업자의 사고 상황을 판단하는 단계와, 상기 사고 상황에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 사고 감지로 판단하는 단계를 포함한다.Determining the safety state of the worker includes: determining whether the worker has a weak heart rate or excessive heart rate using the heart rate, determining whether the worker free falls using the acceleration, and the heart rate And determining an accident situation of the worker based on whether a weak or excessive heart rate and the free fall, and determining the safety state of the worker as an accident detection according to the accident situation.
상기 웨어러블 안전장비는 비상 신고 버튼을 더 포함하고, 상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 위험 상태로 판단한다.The wearable safety equipment further includes an emergency report button, and the server determines the safety state of the worker as a dangerous state according to whether the emergency report button is pressed.
상기 서버가 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 관리자 앱 중에서 적어도 하나로 전송하는 단계는, 상기 안전 상태가 위험 상태이면, 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비로 전송하고, 상기 안전 상태가 사고 감지이면, 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 상기 관리자 앱 각각으로 전송한다.The server transmitting the alarm level and the safety state to at least one of the wearable safety device and the manager app, if the safety state is a dangerous state, the alarm level and the safety state are transmitted to the wearable safety device, If the safety state is an accident detection, the alarm level and the safety state are transmitted to each of the wearable safety device and the manager app.
웨어러블 안정장비를 이용한 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법은, 서버가, 상기 웨어러블 안전장비에 포함된 비상 신고 버튼, 심박 센서, 가속도 센서 각각으로부터 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 작업자의 심박수, 및 상기 작업자의 순간 가속도 각각을 수신하는 단계와, 상기 서버는 상기 심박수를 이용하여 상기 작업자가 현재 수행하고 있는 작업이 상기 작업자의 신체에 주는 부하의 정도를 나타내는 작업 강도를 계산하는 단계와, 상기 서버는 상기 심박수와 상기 순간 가속도를 이용하여 상기 작업자가 얼마나 피로한 상태에서 얼마나 많은 활동을 하였는지를 나타내는 신체 위험도를 계산하는 단계와, 상기 서버는 상기 심박수와 상기 가속도를 이용하여 상기 작업자가 심정지 사고 또는 낙상 사고가 발생했음을 나타내는 사고 상황을 판단하는 단계와, 상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 상기 신체 위험도, 및 상기 사고 상황에 기초하여 상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계를 포함한다.The operation method of the construction safety management system using wearable safety equipment includes whether the server presses the emergency report button from each of the emergency report button, heart rate sensor, and acceleration sensor included in the wearable safety equipment, the operator's heart rate, and the operator. Receiving each of the instantaneous accelerations of the server, and the server calculating, using the heart rate, a work intensity indicating a degree of load on the body of the worker by the work currently being performed by the worker, and the server comprising Calculating a physical risk indicating how much activity the worker has done in a state of fatigue using the heart rate and the instantaneous acceleration, and the server uses the heart rate and the acceleration to cause the worker to suffer a cardiac arrest or fall accident Judge the accident situation And a step of determining, by the server, the safety status of the worker based on whether the emergency report button is pressed, the physical risk, and the accident situation.
상기 사고 상황을 판단하는 단계는, 상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 미약 또는 심박 과다 여부를 판단하는 단계와, 상기 가속도를 이용하여 상기 작업자의 자유 낙하 여부를 판단하는 단계와, 상기 심박 미약 또는 심박 과다 여부와 상기 자유 낙하 여부에 기초하여 상기 작업자의 사고 상황을 판단하는 단계를 포함한다.The determining of the accident situation may include determining whether the worker has a weak heart rate or excessive heart rate using the heart rate, and determining whether the worker has a free fall using the acceleration, and whether the heart rate is weak or And determining an accident situation of the worker based on the excessive heart rate and whether the free fall occurs.
상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 상기 작업 강도, 및 상기 사고 상황 판단 결과에 따라 서로 다른 경고 알람 등급을 판단하는 단계;를 더 포함하고, 상기 서버는 판단된 경고 알람 등급에 따라 상기 웨어러블 안전 장치와 상기 관리자 앱이 서로 다른 알람을 출력하도록 제어한다.The server further comprises the steps of determining different warning alarm levels according to whether the emergency report button is pressed, the work intensity, and the accident situation determination result; and the server further includes the wearable according to the determined warning alarm level. The safety device and the manager app control to output different alarms.
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는, 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부와 상기 신체 위험도 각각에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 상기 작업자에게 사고가 발생할 위험이 있음을 나타내는 위험 상태라고 판단하고, 상기 사고 상황에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 상기 작업자에게 사고가 발생했음을 나타내는 사고 감지라고 판단한다.The step of determining the safety state of the worker determines that the safety state of the worker is a dangerous state indicating that there is a risk of an accident occurring to the worker according to whether the emergency report button is pressed and the physical risk, respectively. According to the situation, it is determined that the safety state of the worker is an accident detection indicating that an accident has occurred in the worker.
상기한 바와 같은 본 발명의 웨어러블 안전장비와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템 및 이의 동작 방법은 작업자가 착용하는 웨어러블 디바이스를 통해 작업자의 작업 강도, 작업자의 건강 상태 및 사고 발생 여부를 감지하고 위험 상황에 경고 및 알람 서비스를 작업자 및 관리자에게 전송하여 작업자의 안전을 관리할 수 있는 효과가 있다.The construction safety management system using the wearable safety equipment and the Laura network of the present invention and the operation method thereof as described above detects the worker's work intensity, the worker's health status, and whether an accident occurs through a wearable device worn by the worker and is in a dangerous situation It is effective to manage the safety of workers by sending warning and alarm services to workers and managers.
도 1은 본 발명의 웨어러블 기기와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 작업자의 상태 정보의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 관리자 제어 명령 및 경보 출력 명령 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 건설안전 관리 시스템이 작업자의 안전 상태를 판별하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 웨어러블 안전장비 하드웨어 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 관리자 앱 구성요소를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 작업자의 안전 상태를 판별하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 가속도 센서 및 심박 센서 데이터 분석을 바탕으로 사고 상황을 판단을 하기 위한 판단표이다.
도 9는 본 발명에 따른 경고 알람 등급 분류표를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건설 안전 관리 시스템의 동작 예시로 사고 발생시 대처 시나리오를 나타낸 도면이다.1 is a configuration diagram of a construction safety management system using the wearable device of the present invention and a Laura network.
2 is a flowchart of state information of an operator according to the present invention.
3 is a flowchart of an administrator control command and an alarm output command according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating an operation for determining a safety state of a worker by a construction safety management system according to the present invention.
5 is a view showing a wearable safety equipment hardware components according to the present invention.
6 is a view showing a manager app component according to the present invention.
7 is an operation flowchart for determining a safety state of an operator according to the present invention.
8 is a judgment table for determining an accident situation based on data analysis of an acceleration sensor and a heart rate sensor according to the present invention.
9 is a view showing a warning alarm class classification table according to the present invention.
10 is a view illustrating an action scenario when an accident occurs as an example of an operation of a construction safety management system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It will be described in detail focusing on the parts necessary to understand the operation and operation according to the present invention. In describing the embodiments of the present invention, descriptions of technical contents well known in the technical field to which the present invention pertains and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is to more clearly convey the gist of the present invention by omitting unnecessary description.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조 부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, different reference numerals may be assigned to components having the same name according to the drawings, and the same reference numerals may be assigned to different components. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to embodiments, or does not mean that the same components have the same functions in different embodiments, and the function of each component is the corresponding embodiment You should judge based on the description of each component in.
본 발명은 웨어러블 기기와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a construction safety management system and apparatus using a wearable device and a Laura network.
도 1은 본 발명의 웨어러블 기기와 로라 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 웨어러블 기기와 로라(LoRa) 네트워크를 이용한 건설 안전 관리 시스템(10)은 웨어러블 안전장비(100), 로라(LoRa) 게이트 웨이(200), 안전 관리 서버(300) 및 관리자 앱(400)을 포함한다. 1 is a configuration diagram of a construction safety management system using the wearable device of the present invention and a Laura network. Referring to FIG. 1, a construction
웨어러블 안전장비(100)는 작업자가 직접 착용하는 장치로, 헬멧, 시계, 벨트, 조끼 및 안경의 형태로 구현될 수 있고, 그 밖에 기재되지 않은 다양한 형태로 구현될 수 있다.The
웨어러블 안전장비(100)는 센서와 비상 신고 버튼을 포함할 수 있다. 웨어러블 안전장비(100)는 센서를 이용하여 작업자의 현재 상태를 측정하고, 측정값을 일정한 주기로 서버에 전송한다. 상기 센서는 심박 센서와 가속도 센서 등 일 수 있다. 웨어러블 안전장비(100)의 구체적인 구성은 도 5를 참조하여 상세히 설명될 것이다. The
로라(LoRa) 게이트 웨이(200)는 작업자의 웨어러블 안전장비와 안전 관리 서버의 중계 역할을 한다. 여기서 로라(LoRa)는 장거리 통신 기술의 일종인 ‘Long Range Wide-area network’의 앞 글자인 ‘Long Range'의 약자로 IoT에 최적화된 기술이다.The LoRa
안전 관리 서버(300)는 웨어러블 장치에서 측정한 작업자의 현재 상태를 수신하여 작업자의 안전 상태를 판별하고 결과를 내부에 저장한다. 판별 결과 작업자의 안전 상태가 "위험 상태" 또는 "사고 감지"가 되면 각 상태에 맞는 알람을 관리자 앱과 웨어러블 안전장비로 송신한다. '사고 감지'는 작업자에게 현재 사고가 발생했음을 감지한 상태를 의미하고,'위험 상태'는 작업자에게 현재 사고가 발생하지는 않았지만, 사고가 발생할 잠재적 위험이 있다고 판단되는 경우를 의미한다.The
관리자 앱(400)은 휴대폰 모바일 네트워크로 안전 관리 서버(300)와 통신하며 관리 업무를 수행하는데 필요한 관리자 앱이다. 건설 현장 안전 담당자가 안전 관리 시스템에 직접 접근할 수 있는 그래픽 메뉴, 정보 조회 화면으로 구성된다. 또한 관리자 앱의 설정이나 정보 조회 내용은 설정 변수의 형태로 관리자 단말기에 저장된다. 관리자 앱(400)의 구체적인 구성은 도 6을 참조하여 상세히 설명될 것이다.The
도 2는 본 발명에 따른 작업자의 상태 정보의 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 장비 데이터를 일정한 주기마다 로라 게이트웨이(200)로 전송한다. 예컨대, 장비 데이터는 웨어러블 안전장비(100)의 고유 식별 정보, 센서를 이용해 측정한 작업자의 현재 상태, 및 웨어러블 안전장비(100)의 이상 징후를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 상기 고유 식별 정보는 장치의 등록 번호, 사용자, 부서, 및 작업장 정보 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 이상 징후는 웨어러블 안전장비(100)의 하드웨어 이상, 통신 이상, 배터리 부족 등을 의미하고, 에러코드로 표현될 수 있다. 2 is a flowchart of state information of an operator according to the present invention. Referring to FIG. 2, the
로라 게이트웨이(200)는 로라(LoRa) 무선 통신망을 통해 수집한 각 웨어러블 장치(100)의 장비 데이터를 임시로 보관한다. 즉 로라 게이트 웨이(200)는 웨어러블 장치(100)의 장비 데이터의 중간 저장소 역할을 한다. 로라 게이트 웨이(200)는 장비 데이터를 일정한 주기로 안전 관리 서버(300)에 전송한다.The Laura
안전 관리 서버(300)는 현재까지 측정한 센서 값, 작업자 상태 분석 결과 등을 저장하는 데이터 베이스를 내부 또는 외부에 분리된 형태로 구축할 수 있다. 상기 데이터베이스에는 작업자의 현재 상태를 판단하는데 필요한 작업자 개인의 인적 사항이나 기타 신체 정보 또한 저장될 수 있다.The
안전 관리 서버(300)는 로라 게이트웨이(200)에서 인터넷 통신망을 통해 전달된 작업자의 현재 상태에 기초하여 작업자 별 안전 상태를 작업 시간에 따라 데이터 베이스에 저장한다. 안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태를 분석하고, 현 시점의 모든 상태 정보를 저장하고 관리한다. 또한, 안전 관리 서버(300)는 관리자 앱(400)으로 경보를 보내는 기능을 수행한다. The
관리자 앱(400)은 건설 현장 안전 담당자가 건설 안전 관리 시스템(10)에 직접 접근할 수 있는 그래픽 메뉴 및 정보 조회 화면으로 구성된다.The
도 3은 본 발명에 따른 관리자 제어 명령 및 경보 출력 명령 흐름도이다.3 is a flowchart of an administrator control command and an alarm output command according to the present invention.
관리자 앱(400)으로부터 정보 열람 요청이 있는 경우, 안전 관리 서버(300)는 작업자의 상태 정보를 분석하여 위험 요인이 발견된 경우 현시점의 모든 상태 정보를 저장하고, 로라 게이트웨이(200)를 통해 작업자의 웨어러블 장치(100)로 경보 출력 요청을 보내는 기능을 수행한다. When there is a request to view information from the
웨어러블 안전장비(100)는 비상 알람을 포함하고, 상기 경보 출력 요청에 응답하여 작동한다. 상기 비상 알람은 급격한 센서 값의 변화 혹은 작업자의 위험 상황을 물리적으로 작업자에게 인식시키기 위하여 경보음, 불빛, 진동 또는 이들의 조합으로 작동된다.The
또한, 안전 관리 서버(300)는 건설 현장의 안전 담당자가 관리자 앱(400)을 통해 수정할 수 있는 설정 변수를 관리하고, 전체 시스템에 적용한다. 상기 설정 변수는 관리자 앱(400)의 설정이나 정보 조회 내용을 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 로라 게이트(200)에는 로라 게이트(200)와 현재 연결된 웨어러블 안전장비(100)의 목록 정보가 저장된다. 각 목록 정보는 각 장비에 관한 고유 식별 정보를 포함하고, 안전 관리 서버(300)의 제어에 따라 웨어러블 안전장비(100)를 추가/제거할 수 있다. In addition, the list information of the
도 4는 본 발명에 따른 건설안전 관리 시스템이 작업자의 안전 상태를 판별하기 위한 동작 흐름도이다. 안전 관리 서버(300)는 ① 비상 신고 버튼 상태 측정에 따른 판단, ② 심박수 측정에 따른 판단, 및 ③ 가속도 측정에 따른 판단을 각각 수행하여 작업자의 안전 상태를 판별한다.4 is a flowchart illustrating an operation for determining a safety state of a worker by a construction safety management system according to the present invention. The
도 4를 참조하면, 작업자는 건설 작업 현장에 투입되기 전에 웨어러블 안전장비(100)를 착용한다(S110). 4, the worker wears the
먼저 ① 비상 신고 버튼 상태 측정에 따른 판단에서는, 웨어러블 안전장비(100)가 비상 신고 버튼의 상태를 측정하면(S120), 안전 관리 서버(300)가 상기 비상 신고 버튼의 상태를 로라 게이트웨이(200)를 통해 수신한다(S130). 안전 관리 서버(300)는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부를 확인하고, 비상 신고 버튼이 눌러졌다고 판단된 경우, 작업자의 안전 상태가 "위험 상태"라고 판단한다(S140). First ① In the judgment according to the measurement of the state of the emergency report button, when the
안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태가 '위험 상태' 혹은 '사고 감지'인 경우, 각 안전 상태에 따라 경고 알람이 필요한지 여부를 판단한다(S150). 상기 경고 알람은 '위험 상태'에 대응하는 위험 경고 알람과, '사고 감지'에 대응하는 사고 감지 알람을 포함한다. 위험 경고 알람은 안전사고를 예방하기 위한 예방수단이고, 사고 감지 알람은 실제 발생한 안전사고를 감지하여 신속히 대처하기 위한 대처 수단이다.When the safety state of the worker is 'dangerous state' or 'accident detection', the
예컨대, 현재 작업자의 안전 상태가 '사고 감지'인 경우 해당 현장의 웨어러블 안전장비(100) 및 관리자 앱(400) 각각에 알람을 전송하고, 현재 작업자의 안전 상태가 '위험 상태'인 경우 관리자 앱(400)에 알람을 전송할 수 있다. 다만 알람이 필요 없다고 판단되는 경우 다시 ① 비상 신고 버튼 상태 측정에 따른 판단, ② 심박수 측정에 따른 판단, 및 ③ 가속도 측정에 따른 판단을 반복한다.For example, if the current worker's safety state is 'accident detection', an alarm is transmitted to each of the
작업자의 안전 상태가 "위험 상태"의 경우(S150의 YES), 안전 관리 서버(300)는 관리자 앱(400)에 알람을 전송한다(S160, S161).When the safety state of the worker is "dangerous state" (YES in S150), the
② 심박수 측정에 따른 판단에서는, 웨어러블 안전장비(100)가 심박 센서를 이용하여 작업자의 심박수를 측정하면(S121), 안전 관리 서버(300)가 로라 게이트웨이(200)를 통해 상기 작업자의 심박수를 수신한다(S130). 이 때, 심박수는 최근 5회 분량의 심장 박동 측정을 통해 구한 값이다(단위: beat per second, bpm). 심박수(HR)는 하기 [수학식 1]을 통하여 구할 수 있다.② In the determination according to the heart rate measurement, when the
위 식에서,In the above equation,
tn-4: 측정 시작 후 첫 번째 심장박동 종료 시각t n-4 : Time of the end of the first heartbeat after measurement starts
tn: 측정 시장 후 다섯 번째 심장박동 종료 시각t n : The end time of the fifth heart rate after the measurement market
③ 가속도 측정에 따른 판단에서는, 웨어러블 안전장비(100)가 가속도 센서를 이용하여 작업자의 순간 가속도를 측정하면(S122), 안전 관리 서버(300)가 로라 게이트웨이(200)를 통해 상기 작업자의 순간 가속도를 수신한다(S130). ③ In the judgment according to the acceleration measurement, when the
여기서 순간 가속도(단위: m/s2)는 웨어러블 안전장비(100)에 설치된 가속도 센서에서 측정한 x, y, z 각 축의 가속도 값을 의미하고, 순간 가속도의 크기(단위: m/s2)는 x, y, z 각 축의 가속도 값을 벡터 합 연산을 하여 구한 순간 가속도 합의 크기의 절대값이다[수학식 4].Here, the instantaneous acceleration (unit: m / s 2 ) means the acceleration value of each axis of x, y, and z measured by the acceleration sensor installed in the
여기서, here,
안전관리 서버(300)가 작업자의 심박수와 작업자의 순간 가속도를 이용하여 작업자의 안전 상태가 "위험 상태"인지 "사고 감지"인지 여부를 판단하는 방법은 도 7을 참조하여 상세히 설명될 것이다.The method of determining whether the safety state of the worker is the "dangerous state" or the "accident detection" using the heart rate of the worker and the instantaneous acceleration of the worker will be described in detail with reference to FIG. 7.
안전관리 서버(300)는 웨어러블 안전장비(100)에서 측정한 데이터를 수신할 때 마다 반복적으로 각 작업자의 안전 상태가 "위험 상태"인지 "사고 감지"인지 여부를 판단하고, 판단의 결과에 따라, 웨어러블 안전장비(100) 및/또는 관리자 앱(400)에 알람을 전송하고, 각 작업자의 안전 상태를 내부 데이터 베이스에 저장한다.Each time the
도 5는 웨어러블 안전장비의 구성도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 웨어러블 안전장비(100)는 웨어러블 안전장비(100)의 케이스 내에 비상 신고 버튼(120), 알람 장치(130), 배터리(140), 가속도 센서(150), 심박 센서(160), 무선 회로 및 안테나(170), 및 제어 기판(180)을 포함 할 수 있다. 그 밖의 다른 구성도 포함 할 수 있으면 상기 구성요소로 한정되는 것은 아니다.5 shows a configuration diagram of the wearable safety equipment. Referring to FIG. 5, the
웨어러블 안전장비(100)는 크게 기구부와 전자 회로부로 구분된다.The
기구부는 웨어러블 안전장비 구성요소를 포함할 수 있는 케이스인 웨어러블 장치 케이스와 비상 신고 버튼(120)을 포함할 수 있다. 비상 신고 버튼(120)은 안전 사고 혹은 기타 긴급 상황 발생 시 작업자가 관리자에게 알람을 보낼 수 있는 버튼 형태의 조작부이다.The mechanism unit may include a wearable device case, which is a case that may include a wearable safety equipment component, and an
전자 회로부는 알람 장치(130), 배터리(140), 가속도 센서(150), 심박 센서(160), 무선 회로 및 안테나(170), 및 제어 기판(180)을 포함할 수 있다.The electronic circuit unit may include an
알람 장치(130)는'사고 발생'상태에 대해서만 알람을 출력한다. 이 때, 해당 현장에 있는 다른 작업자가 착용한 장비에도 동시에 알람이 울리게 되어 주변에서 신속히 확인할 수 있도록 하며, 각 작업자의 웨어러블 안전장비(100)의 알람은 소리, 불빛, 진동 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
배터리(140)는 24시간 이상의 최소 작동시간을 보장하는 충전 식 배터리를 포함할 수 있다. 다만 이는 다양한 형태의 배터리를 포함할 수 있으며, 충전 식 배터리로 한정하는 것은 아니다.The
작업자의 현재 상태를 정확하게 측정하기 위한 구성요소로 가속도 센서(150)와 심박 센서(160)가 있고, 구체적으로 살펴보면 작업자 움직임을 측정하기 위해 3축 이상의 가속도 센서(150)를 포함할 수 있고, 작업자의 심장 박동 혹은 맥박을 측정하기 위해 접촉식 또는 비접촉식 심박 센서를 포함할 수 있다.
또한 심박 센서와 가속도 센서를 포함하는 센서부는 센서와, 상기 센서가 삽입되는 센서 고정부를 포함하고, 웨어러블 안전장비(100)는 상기 센서 고정부가 탈부착되는 결합부가 구비된 착용 기구부를 포함할 수 있고, 상기 센서 고정부와 상기 착용 기구부가 상호 자유로운 각도로 결합하도록 하는 볼 조인트 연결부를 더 포함할 수 있다.In addition, the sensor part including the heart rate sensor and the acceleration sensor includes a sensor, a sensor fixing part into which the sensor is inserted, and the
다른 부품은 그대로 사용하면서 센서부만 교체할 수 있으므로, 웨어러블 안전장비(100)의 형태에 따라 작업자는 넥 밴드, 헤어 밴드, 손목 밴드 등 편의에 맞게 착용할 수 있다.Since the sensor parts can be replaced while using other parts as they are, the worker can wear them according to convenience, such as a neck band, a hair band, and a wrist band, depending on the shape of the
무선 회로 및 안테나(170)는 획득한 센서 데이터(가속도 센서 측정 값 또는 심박 센서 측정 값)를 안전 관리 서버(300)에 무선으로 전송할 수 있다.The wireless circuit and the
제어 기판(180)은 마이크로 컨트롤러와 부속 전원 회로를 포함하며 데이터를 처리하고 내부 변수를 저장할 수 있다.The
도 6은 본 발명에 따른 관리자 앱의 구성 요소를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 관리자 앱(400)은 작업자 등록 및 정보 수정 메뉴(420), 작업자 이력 열람 메뉴(430), 경고 알람 메뉴(440), 및 건설 안전 관리 시스템 설정 메뉴(450)를 포함할 수 있다.6 is a view showing the components of the manager app according to the present invention. Referring to FIG. 6, the
구체적으로 신규 작업자를 등록하고, 기존 작업자의 정보를 수정할 수 있는 작업자 등록/ 정보 수정 메뉴(420), 특정 작업자의 정보 기록 혹은 해당 현장 작업자들의 평균 정보 기록을 확인할 수 있는 작업자 이력 열람 메뉴(430), 과거에 발생했던 사고 알람을 열람하거나 현재 발생한 안전사고 알람을 표시하는 경고 알람 메뉴(440) 및 관리자 앱의 세부설정, 안전관리 서버의 일반 설정을 수정할 수 있는 건설 안전 관리 시스템 설정 메뉴(450)를 포함한다.Specifically, a worker registration /
특히, 관리자 앱(400)은 작업자의 안전 상태가 '사고 감지' 또는 '위험 상태'로 판단되어 안전관리 서버(300)로부터 알람 명령을 수신한 경우, 관리자 앱(400)의 사용자 또는 관리자가 인지할 수 있도록 팝업 알람을 출력할 수 있다.In particular, when the
도 7은 본 발명에 따른 작업자의 안전 상태를 판별하기 위한 동작을 설명하기 위한 구체적인 흐름도이다. ① 비상 신고 버튼 상태 측정에 따른 판단, ② 심박수 측정에 따른 판단, 및 ③ 가속도 측정에 따른 판단을 각각 수행하여 작업자의 안전 상태를 판별하는 구체적인 방법은 다음과 같다.7 is a detailed flowchart illustrating an operation for determining a safety state of an operator according to the present invention. ① The detailed method to determine the safety status of the worker by performing the judgment according to the measurement of the state of the emergency report button, ② the judgment according to the measurement of the heart rate, and ③ the measurement according to the acceleration measurement is as follows.
비상 신고 버튼 상태Emergency report button status
안전 관리 서버(300)는 비상 신고 버튼 상태 값을 확인한다(S200). 확인 결과, 웨어러블 안전장비(100)에서 비상 신고 버튼이 눌러졌다고 확인된 경우(S210의 YES), 안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태를'위험 상태'로 판단한다(S530). 안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태에 따라 경고 알람 등급을 판단할 수 있다(S540). The
도 9는 본 발명에 따른 경고 알람 등급에 대한 분류표를 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 경고 알람 등급을 분류하고, 경고 알람 등급에 따라 다르게 알람을 설정할 수 있다. 9 is a view showing a classification table for a warning alarm class according to the present invention. Referring to FIG. 9, a warning alarm class may be classified, and an alarm may be set differently according to the warning alarm class.
예컨대, 작업자의 안전 상태가 '사고감지'인 경우, A 등급으로 분류할 수 있다. 작업자의 안전 상태가‘위험상태’이고 웨어러블 안전장비(100)에서 비상 신고 버튼이 눌러졌다고 확인된 경우, B 등급으로 분류할 수 있다. 작업자의 안전 상태가‘위험상태’인 경우, 작업 강도에 따라 중작업이면 B 등급으로 분류하고, 중등작업이면 C 등급으로 분류하고, 경작업이면 D 등급으로 분류할 수 있다. 작업 강도에 대해서는 S310 단계와 S311 단계를 참조하여 상세히 설명될 것이다.For example, if the worker's safety status is 'accident detection', it can be classified as A grade. When the worker's safety state is 'dangerous' and it is confirmed that the emergency report button has been pressed in the
A 등급에 가까울수록 중요도가 높은 위급한 상태를 의미하고, D 등급으로 갈수록 덜 위험한 상태를 의미할 수 있다. 위험한 상태일수록 경고 알람의 발생 빈도를 높이는 등의 처리가 가능하다.The closer to Grade A, the more critical it is, and the more dangerous it is to D, it may mean a less dangerous condition. The more dangerous the condition is, the higher the frequency of occurrence of warning alarms can be processed.
다시 도 7을 참조하면, 안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태에 따라 경고 알람이 필요한지 여부를 판단한다. 현재 작업자의 안전 상태가 '위험 상태'이므로 안전 관리 서버(300)는 관리자 앱(400)에 알람을 전송할 수 있다. 이 때, 안전 관리 서버(300)는 B 등급에 따라 설정된 알람을 전송할 수 있다. 안전 관리 서버(300)는 현재 작업자의 안전 상태를 데이터베이스에 저장한다(S550).Referring to FIG. 7 again, the
안전 관리 서버(300)는 비상 신고 버튼이 눌러지지 않았다고 확인된 경우 현재 상태를 데이터베이스에 저장한다(S550).When it is confirmed that the emergency report button has not been pressed, the
심박수 측정값 - 현재 작업강도 계산Heart rate measurement-Calculate current working intensity
안전 관리 서버(300)는 웨어러블 안전장비(100)에 장착된 심박수 센서의 측정 값을 확인하고(S300), 현재 심박수를 계산한다. 안전 관리 서버(300)는 현재 심박수를 이용하여 심박수 증가율을 계산한다(S310). 심박수 증가율은 휴식기 심박수 대비 현재 심박수의 비율이고, 하기의 [수학식 5]와 같이 계산된다.The
예를 들어, 휴식기 심박수가 100bpm, 현재 심박수가 120bpm인 경우 심박수 증가율은 20%이다. 휴식기 심박수(HRrest)는 작업자 개인별로 평상시에 별도로 측정한 심박수 값을 사용한다.For example, if the resting heart rate is 100 bpm and the current heart rate is 120 bpm, the rate of heart rate increase is 20%. HR rest is the heart rate value measured separately for each worker.
안전 관리 서버(300)는 심박수 증가율(HRinc)을 이용하여 작업 강도를 계산한다(S311). 본 명세서에서 작업 강도란 작업자가 현재 수행하고 있는 작업이 신체에 주는 부하의 정도를 3단계로 나눈 것으로, 경 작업, 중등 작업, 및 중 작업으로 나뉜다. 각 단계의 판단기준은 하기의 [수학식 6]과 같이 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
안전 관리 서버(300)는 작업 강도에 따라 중작업이면 B 등급으로, 중등작업이면 C 등급으로, 경작업이면 D 등급으로 경고 알람 등급을 판단한다(S540). The
S530 단계와 S540 단계에서 설명할 바와 같이, '작업 강도'는 '알람 등급'을 결정하는데 사용되고, '위험상태' 여부의 판별은 피로도와 활동량을 이용해서 계산한 '신체적 안전사고 노출도'를 이용해서 수행한다.As described in steps S530 and S540, the 'work intensity' is used to determine the 'alarm level', and the determination of the 'risk condition' uses the 'physical safety accident exposure' calculated using fatigue and activity. Do it.
심박수 측정값 - 위험 상태 판단Heart rate measurement-risk assessment
안전 관리 서버(300)는 S300 단계에서 측정한 현재 심박수를 이용하여 심박 변이도(Heart Rate Variability, HRV)를 계산한다(S320). 심박 변이도(Heart Rate Variability, HRV)는 심장박동을 이용한 신체상태 측정 척도의 하나로, 심장 박동과 박동 사이의 시간 간격을 측정한 값이다. 심박 변이도는 여러 가지 표현 방식으로 나뉘는데, 밀리초 단위로 표현되는 심장박동 간격(RR간격 혹은 심박수 편차)을 각각 시간영역과 주파수영역에서 분석하는 다양한 방법이 존재한다. The
본 명세서에서는 하기의 [수학식 7]과 같이 측정 시간 동안 심박수 편차의 표준편차를 구하여 이를 심박변이도 측정값으로 활용하였다.In the present specification, the standard deviation of the heart rate deviation during the measurement time was obtained as shown in [Equation 7] below, and this was used as a measurement value of the heart rate variability.
이때 각 변수는 다음과 같다.At this time, each variable is as follows.
N: 샘플의 개수N: number of samples
RRi: 심박수 편차RR i : Heart rate deviation
: 측정 시간 동안의 평균 심박수 편차 : Average heart rate deviation during measurement time
안전 관리 서버(300)는 심박 변이도를 이용하여 작업자의 피로도를 계산할 수 있다(S321). 육체적 활동으로 인한 스트레스가 가해진 상태, 즉 피로한 상태에서는 신체 자율신경의 유동성이 감소하여 심장박동의 양상이 단조로워진다. 따라서 신체 피로가 누적될수록 심장박동은 증가하며 심박변이도 값은 감소한다. 이를 이용하여 [수학식 8]과 같이 심박 변이도의 역수를 피로도 측정 척도로 활용하였다.The
안전 관리 서버(300)는 작업자의 피로도 및 신체 활동량을 이용하여 신체 위험도를 계산할 수 있다(S500). 인적 요인에 의한 위험 발생을 예측, 경고하기 위한 평가 척도로 피로도와 활동량을 이용하였다. 활동량(KEt)은 S400, S410, S411 단계를 참조하여 상세히 설명될 것이다.The
피로도가 높은 상태에서 많은 활동을 수행할수록 인재의 위험이 증가하므로 신체 위험도는 피로도와 활동량의 곱으로 계산되며, 건설근로자가 얼마나 피로한 상태에서 얼마나 많은 활동을 하였는지를 나타낸다. 어떤 특정 시점에서 신체 위험도는 다음[수학식 9]과 같이 계산된다.Since the risk of human resources increases as more activities are performed in a high fatigue state, the physical risk is calculated as the product of fatigue and activity, and indicates how much activity the construction worker performed in a fatigued state. At a certain point in time, the physical risk is calculated as [Equation 9].
안전 관리 서버(800)는 상기 계산된 신체 위험도를 이용하여 최종적으로 작업자가 안전사고에 노출 되었는지를 판단하기 위한 신체적 안전사고 노출도를 계산한다(S510). 본 시스템에서는 '신체적 안전사고 노출도'라는 척도를 정의하여 인적 요인에 의한 위험 발생을 예측, 경고하기 위해 활용하였다. 신체적 안전사고 노출도는 해당 작업자의 평균 신체위험도 대비 현재 측정된 신체위험도의 백분율(%)로 표현된다. 계산 과정은 다음 [수학식 10]와 같다.The safety management server 800 calculates a physical safety accident exposure level for determining whether a worker is finally exposed to a safety accident using the calculated physical risk (S510). In this system, a measure of 'exposure of physical safety accidents' was defined and used to predict and warn of risks caused by human factors. The exposure to physical safety accidents is expressed as a percentage (%) of the currently measured physical risk compared to the average physical risk of the worker. The calculation process is as follows [Equation 10].
안전 관리 서버(300)는 상기 계산된 '신체적 안전사고 노출도' 값이 기 설정된 기준 수치(예컨대, 20%)보다 높은 경우(S520의 YES), 작업자의 상태를 '위험 상태'로 판단한다(S530). 여기서 기 설정된 기준 수치는 상황에 따라 변경 가능하다.When the calculated 'physical safety accident exposure' value is higher than a preset reference value (eg, 20%) (YES in S520), the
안전 관리 서버(300)는 S540 단계에서 판단된 알람 등급을 기초로 경고 알람 등급을 판단한다(S540). 즉, '위험상태'이면서 작업강도가 중작업(Heavy work) 상태인 경우 'B등급'으로 판단하고, '위험상태'이면서 작업강도가 중등작업(Middle work) 상태인 경우 'C등급'으로 판단하고, '위험상태'이면서 작업강도가 경작업(Light work) 상태인 경우 'D등급'으로 판단한다.The
현재 작업자의 안전 상태가 '위험 상태'이므로 안전 관리 서버(300)는 관리자 앱(400)에 알람을 전송할 수 있다. 이 때, 안전 관리 서버(300)는 판단된 경고 알람 등급을 함께 전송할 수 있다. 안전 관리 서버(300)는 현재 작업자의 안전 상태를 데이터베이스에 저장한다(S550).Since the current worker's safety state is 'dangerous state', the
안전 관리 서버(300)는 '신체적 안전사고 노출도' 값이 기 설정된 기준 수치보다 낮은 경우(S520의 NO), 현재 상태를 저장한다(S550). The
심박수 측정값 - 사고 감지Heart rate measurement-accident detection
안전 관리 서버(300)는 상기 S300 단계에서 측정한 심박수 측정 값을 이용하여 심박 미약 또는 심박 과다 여부를 판단한다(S330). 현재 심박수 측정값이 너무 적거나 혹은 너무 높은 상태로 지속되는 경우 심박미약 혹은 심박과다로 판단하여 후술할 바와 같이 '사고 감지' 판단에 활용할 수 있다.The
가속도 측정값 - 활동량 계산Acceleration measurement-activity calculation
안전 관리 서버(300)는 웨어러블 안전장비(100)에 장착된 가속도 센서의 측정 값을 확인한다(S400). 안전 관리 서버(300)는 작업자의 활동량을 계산하기 위해 작업자 별 체중 값을 데이터베이스에서 읽어온다(S410).The
안전 관리 서버(300)는 작업자 별 체중 값 및 가속도 센서 측정 값을 이용하여 작업자의 활동량을 계산한다(S411). 작업자의 활동량은 운동에너지 법칙으로 구할 수 있다. 가속도 센서에서 측정한 x, y, z 각 축의 가속도를 측정한 후 이를 적분하여 아래[수학식 11]과 같이 작업자의 x, y, z 각 축의 순간 속도를 계산할 수 있다.The
: 작업자의 x, y, z 각 축의 가속도 : Acceleration of each axis of operator's x, y, z
vx(t), vy(t), vz(t): 작업자의 x, y, y 각 축의 순간 속도v x (t), v y (t), v z (t): the instantaneous velocity of each axis of the operator's x, y, y
상기 [수학식 11]에서 구한 작업자 신체의 순간 속도의 제곱을 시간에 대하여 적분하면 소모한 에너지, 즉 활동량(KEt)을 얻을 수 있다. 이때, 작업자 개인의 체중 값(m)이 미리 확보되어 있어야 한다.Integrating the square of the instantaneous velocity of the operator's body obtained from [Equation 11] with respect to time can obtain the consumed energy, that is, the amount of activity (KE t ). At this time, the weight value (m) of the individual worker should be secured in advance.
상기의 설명에서 웨어러블 안전장비(100)의 착용 위치에 따라 활동량 계산 방식에 차이가 발생할 수도 있다. 활동량(KEt)은 상기한 바와 같이, [수학식 9]에서 피로도와 함께 신체 위험도를 계산하기 위해 사용된다.In the above description, a difference may occur in a method of calculating an activity amount according to a wear position of the
가속도 측정값 - 사고 감지 판단Acceleration measurement-accident detection judgment
안전 관리 서버(300)는 상기 S400 단계에서 확인한 가속도 센서의 측정 값을 이용하여 자유낙하 여부를 판단할 수 있다(S420). 자유낙하 여부를 판단할 때, 가속도 센서의 측정값이 지표면 중력 가속도 값에 근접한 경우 자유낙하로 판단할 수 있다. 다만, 모든 자유낙하가 낙상/추락사고로 판단되는 것은 아니며, 같은 움직임이 계속 반복되는 경우나 한번 자유낙하 한 후 평상시의 움직임으로 다시 복귀하는 경우는 사고가 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.The
안전 관리 서버(300)는 S330 단계에서 판단한 심박 미약, 심박 과다 여부 정보와 S420 단계에서 판단한 자유낙하 여부 정보를 이용하여 사고 상황을 감지 및 판별할 수 있다(S600). 안전 관리 서버(300)는 심박센서 측정값을 분석하여 '심박 미약', '특이사항 없음', '심박 과다'의 3가지 상황을 도출할 수 있고 가속도센서 측정값을 분석하여 '움직임 미약', '특이사항 없음', '자유낙하'의 3가지 상황으로 현재 작업자의 상태를 표현할 수 있다. 이러한 가속도 센서 측정값 및 심박 센서 측정값의 분석을 바탕으로 총 9가지의 상황판단을 도출할 수 있다. The
도 8은 본 발명에 따른 가속도 센서 및 심박 센서 데이터 분석을 바탕으로 사고 상황을 판단을 하기 위한 판단표이다. 8 is a judgment table for determining an accident situation based on data analysis of an acceleration sensor and a heart rate sensor according to the present invention.
(1) 심박미약, 심박과다 발생 시: 작업자 별로 측정된 평균 심박수가 기준값에 비해 미약하거나 혹은 과다한 경우에 작업자의 건강에 심각한 문제가 있거나 이미 사고가 발생한 상황으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 평균 심박수가 10bpm 이하인 상태가 20초 이상 유지된 경우 '심박 미약'상태로 판단할 수 있다. 또한 휴식기 심박수에 대비 150% 이상의 심박수 편차가 5분 이상 유지되는 경우 '심박 과다'상태이며 작업자가 사고에 준하는 위험 상황임을 판단할 수 있다. (1) In case of heart rate weakness or excessive heart rate: If the average heart rate measured per worker is weak or excessive compared to the reference value, it may be judged that there is a serious problem in the worker's health or an accident has already occurred. For example, when a state in which the average heart rate is 10 bpm or less is maintained for 20 seconds or more, it may be determined as a 'heart rate weak' state. In addition, when the heart rate deviation of 150% or more compared to the resting heart rate is maintained for 5 minutes or more, it is in a 'heart rate excessive' state and it can be determined that the worker is in a dangerous situation similar to an accident.
(2) 낙상, 추락 발생 시: 고지대에서 추락하거나 발판에서 낙상사고가 발생한 경우 그 순간 가속도 센서에서 측정한 값으로부터 계산된 순간가속도 크기([수학식 4]의 A)가 0에 근접하게 되어 작업자가 '자유낙하' 상태라고 판단할 수 있다. 건설현장에서 일정 시간 이상의 자유낙하는 사고로 간주하여 경고를 전달할 수 있다.(2) When a fall or fall occurs: When a fall occurs in a high altitude or a fall accident occurs in the scaffold, the instantaneous acceleration magnitude (A of [Equation 4]) calculated from the value measured by the acceleration sensor at that moment approaches 0 Can be judged as 'free fall'. At the construction site, a free fall over a certain period of time may be regarded as an accident and a warning may be delivered.
(1)과 (2)를 조합하면, '심박 미약' 상태에서 '움직임 미약'또는 '가속도 특이 사항 없음'의 경우에는 작업자의 사고 상황을'심정지 사고'라고 판단하고, '심박 미약' 상태에서 '자유 낙하'의 경우에는 작업자의 사고 상황을'추락/낙상 사고 후 심정지'라고 판단한다. '심박 특이 사항 없음' 상태에서 '자유 낙하'의 경우 작업자의 사고 상황을 '추락/낙상 사고'라고 판단한다. '심박 과다'상태에서 '움직임 미약'의 경우 작업자의 사고 상황을 '탈진/부상에 의한 의식 불명'이라고 판단하고, '심박 과다' 상태에서 '가속도 특이사항 없음'의 경우 작업자의 사고 상황을 '탈진/경미한 출혈/찰과상/타박상'으로 판단하고, '심박 과다' 상태에서 '자유 낙하'의 경우 작업자의 사고 상황을 '추락/낙상사고에 의한 부상'이라고 판단한다. When (1) and (2) are combined, in the case of 'weak movement' or 'no acceleration specificity' in the 'heartbeat' state, the worker's accident situation is judged to be 'heart stop accident', and in the 'heartbeat weakness' state, In the case of 'free fall', the worker's accident situation is judged to be 'stopping after a fall / fall accident'. In the case of 'free fall' in the 'no heartbeat' state, the worker's accident situation is judged to be 'fall / fall accident'. In the case of 'weakness of movement' in the 'excessive heartbeat' state, the worker's accident situation is judged as' unconsciousness due to exhaustion / injury ', and in the case of' excessive specificity of acceleration 'in the' excessive heartbeat 'state, the accident situation in the worker' It is judged as exhaustion / slight bleeding / scratch / bruise, and in the case of 'free fall' in 'excessive heart rate', the accident situation of the worker is judged as 'injury due to fall / fall'.
다시 도 7을 참조하면, 사고 상황이 감지된 경우(S610의 YES) 안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태를'사고 감지'로 판단한다(S620). 안전 관리 서버(300)는 가속도 센서 및 심박 센서 데이터 분석을 바탕으로 판단된 사고 상황에 기초하여 경고 알림 등급을 판단한다(S620). 현재 작업자의 안전 상태가 '사고 감지'이므로 안전 관리 서버(300)는 A 등급으로 경고 알람 등급을 판단한다(S540). Referring to FIG. 7 again, when an accident situation is detected (YES in S610), the
안전 관리 서버(300)는 작업자의 안전 상태에 따라 경고 알람이 필요한지 여부를 판단한다. 현재 작업자의 안전 상태가 '사고 감지'이므로 안전 관리 서버(300)는 웨어러블 안전장비(100)와 관리자 앱(400) 각각에 알람을 전송할 수 있다. 이 때, 안전 관리 서버(300)는 판단된 경고 알람 등급을 함께 전송할 수 있다. 안전 관리 서버(300)는 현재 작업자의 안전 상태와 사고 상황을 데이터베이스에 저장한다(S550).The
사고 상황이 감지되지 않은 경우(S610의 NO) 현재 상태를 저장하고 다음 단계로 넘어간다.If an accident situation is not detected (NO in S610), the current state is stored and the process goes to the next step.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건설 안전 관리 시스템 동작 시나리오를 나타낸 도면이다. 구체적으로 현장에서 작업중인 작업자가 약 5m의 높이에서 추락사고가 발생한 경우 시스템의 동작 방법이다.10 is a view showing a construction safety management system operation scenario according to an embodiment of the present invention. Specifically, it is a method of operating the system when a worker who is working in the field has a fall accident at a height of about 5m.
웨어러블 안전장치(100)가 비상신고 버튼의 눌림 여부와 작업자의 현재 상태(심박, 가속도)를 측정한다(S1000). 웨어러블 안전장치(100)는 무선통신(로라 통신; 200)을 통해 비상신고 버튼의 눌림 여부와 작업자의 현재 상태를 안전관리 서버(300)로 전송한다(S1100). 안전관리 서버(300)는 전달받은 작업자의 현재 상태를 확인하고 분석을 시작한다(S1200).The
분석의 결과, 예컨대, 약 1초간의 자유낙하가 감지되고(S1210), 휴식기에 비해 현재 심박수가 75% 급격하게 증가하고(S1220), 자유낙하 직전 심박수 증가율이 30%로, 작업강도가 '중등작업'에 해당되는 수치를 보이고(S1230), 그 이외의 이상징후는 감지되지 않았다(S1240)고 가정하자.As a result of the analysis, for example, a free fall of about 1 second is detected (S1210), the current heart rate increases by 75% compared to the rest period (S1220), the rate of heart rate increase just before the free fall is 30%, and the work intensity is' moderate. Suppose that it shows the value corresponding to 'Work' (S1230), and other abnormal signs were not detected (S1240).
위 결과를 바탕으로 사고 상황은"고소에서 작업중 추락사고의 의한 부상"이 되며 현재 상태는'사고감지'가 된다(S1300). 이 경우, 경고 알람 등급은 'A 등급'으로 판단되고, 웨어러블 안전장비(100)와 관리자 앱(400) 각각으로 알림이 전송된다(S1400). 안전 관리 서버(300)는 사고 상황과 경고 알람 등급을 웨어러블 안전장비(100)와 관리자 앱(400) 각각으로 더 전송할 수 있다. 안전 관리 서버(300)는 상기 경고 알람 등급에 따라 상기 웨어러블 안전 장치와 상기 관리자 앱이 서로 다른 알람을 출력하도록 제어할 수 있다.Based on the above results, the accident situation becomes "injury due to a fall accident while working at the height" and the current state becomes "accident detection" (S1300). In this case, the warning alarm level is determined to be 'A grade', and a notification is transmitted to each of the
예컨대, 안전 관리 서버(300)는 웨어러블 안전 장비(100)로 경고 알람을 전송하여(S1500) 웨어러블 안전 장치(100)가 해당 현장 작업자들에게 경고 알람 등급에 따라 불빛, 진동, 부저음 등을 출력(S1510)하도록 할 수 있다. 작업자들은 알람에 기초하여 사고 상황을 파악하고 작업 중단 및 응급처치를 신속하게 시행할 수 있다(S1520). 또한, 안전 관리 서버(300)는 관리자 앱(400)으로 경고 알람 등급과 사고 상황에 따른 사고 알림 팝업을 출력하여(S1600), 안전 관리자가 사고 신고 및 현장 대처를 신속하게 처리하도록 한다(S1610).For example, the
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
10: 건설 안전 관리 시스템
100: 웨어러블 안전장비
200: 로라 게이트웨이
300: 안전관리 서버
400: 관리자 앱10: Construction safety management system
100: wearable safety equipment
200: Laura Gateway
300: safety management server
400: admin app
Claims (10)
서버가, 상기 웨어러블 안전장비에 포함된 심박 센서와 가속도 센서 각각으로부터 상기 로라 네트워크를 통해 작업자의 심박수와 상기 작업자의 순간 가속도 각각을 수신하는 단계;
상기 서버는 상기 심박수와 상기 순간 가속도에 기초하여 상기 작업자의 작업 강도와 상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계;
상기 서버는 상기 작업 강도와 상기 안전 상태에 기초하여 경고 알람 등급을 판단하는 단계; 및
상기 서버는 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 관리자 앱 중에서 적어도 하나로 전송하는 단계;를 포함하고,
상기 작업 강도는 상기 작업자가 현재 수행하고 있는 작업이 상기 작업자의 신체에 주는 부하의 정도를 의미하고,
상기 안전 상태는 상기 작업자에게 현재 사고가 발생했음을 나타내는 사고 감지와, 상기 작업자에게 사고가 발생할 위험이 있음을 나타내는 위험 상태를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는,
상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 변이도를 계산하는 단계;
상기 순간 가속도와 상기 작업자의 체중을 이용하여 상기 작업자의 활동량을 계산하는 단계;
상기 심박 변이도와 상기 활동량을 이용하여 상기 작업자가 얼마나 피로한 상태에서 얼마나 많은 활동을 하였는지를 나타내는 신체 위험도를 계산하는 단계; 및
상기 신체 위험도에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 위험 상태로 판단하는 단계;를 포함하되,
상기 위험 상태로 판단하는 단계는,
신체적 안전사고 노출도를 계산하여, 계산된 상기 노출도가 기 설정된 기준 수치보다 높은 경우, 작업자의 상태를 '위험 상태'로 판단하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
In the operating method of the construction safety management system using wearable safety equipment and the Laura network,
Receiving, by the server, the heart rate of the worker and the instantaneous acceleration of the worker through the roller network from the heart rate sensor and the acceleration sensor included in the wearable safety equipment, respectively;
The server determining the work intensity of the worker and the safety state of the worker based on the heart rate and the instantaneous acceleration;
The server determining a warning alarm level based on the work intensity and the safety condition; And
The server includes transmitting the alarm level and the safety state to at least one of the wearable safety equipment and the manager app.
The work intensity means the degree of the load currently being performed by the worker on the body of the worker,
The safety state is characterized by including an accident detection indicating that an accident has occurred to the worker, and a dangerous state indicating that there is a risk of an accident occurring to the worker,
The step of determining the safety state of the worker,
Calculating a heart rate variability of the worker using the heart rate;
Calculating an activity amount of the worker using the instantaneous acceleration and the weight of the worker;
Calculating a physical risk indicating how much activity the worker has performed in the state of fatigue using the heart rate variability and the activity amount; And
Including the step of determining the safety state of the worker in accordance with the physical risk level;
The step of judging as the dangerous state,
A method of operating a construction safety management system that calculates a physical safety accident exposure level and determines the worker's condition as a 'dangerous condition' when the calculated exposure level is higher than a preset reference value.
상기 작업 강도를 판단하는 단계는,
상기 서버가 상기 작업자의 휴식기 심박수와 상기 작업자의 현재 심박수를 이용하여 심박수 증가율을 계산하고, 상기 심박수 증가율을 기초로 상기 작업 강도가 경작업인지, 중등작업인지, 또는 중작업인지 여부를 판단하고,
상기 경고 알람 등급을 판단하는 단계는,
상기 서버가 판단된 작업 강도에 따라 서로 다른 경고 알람 등급을 판단하는 것을 특징으로 하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
According to claim 1,
The step of determining the work intensity,
The server calculates a heart rate increase rate using the resting heart rate of the worker and the current heart rate of the worker, and determines whether the work intensity is light, middle, or heavy based on the rate of increase of the heart rate,
The step of determining the warning alarm level,
Method of operation of the construction safety management system, characterized in that the server determines different warning alarm grades according to the determined work intensity.
상기 신체적 안전사고 노출도는, 하기 [수학식 10]으로 계산되는 것을 특징으로 하는, 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법:
[수학식 10]
.
According to claim 1,
The physical safety accident exposure, characterized in that calculated by the following [Equation 10], the operation method of the construction safety management system:
[Equation 10]
.
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는,
상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 미약 또는 심박 과다 여부를 판단하는 단계;
상기 가속도를 이용하여 상기 작업자의 자유 낙하 여부를 판단하는 단계;
상기 심박 미약 또는 심박 과다 여부와 상기 자유 낙하 여부에 기초하여 상기 작업자의 사고 상황을 판단하는 단계; 및
상기 사고 상황에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 사고 감지로 판단하는 단계;를 포함하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
According to claim 1,
The step of determining the safety state of the worker,
Determining whether the worker has a weak heart rate or excessive heart rate using the heart rate;
Determining whether the worker falls freely using the acceleration;
Determining an accident situation of the worker based on whether the heart rate is weak or excessive, and whether the free fall occurs; And
And determining the safety state of the worker as an accident detection according to the accident situation.
상기 웨어러블 안전장비는 비상 신고 버튼을 더 포함하고,
상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 위험 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
According to claim 1,
The wearable safety equipment further includes an emergency report button,
The server operating method of the construction safety management system, characterized in that to determine whether the safety state of the operator according to whether the emergency report button is pressed.
상기 서버가 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 관리자 앱 중에서 적어도 하나로 전송하는 단계는,
상기 안전 상태가 위험 상태이면, 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비로 전송하고,
상기 안전 상태가 사고 감지이면, 상기 알람 등급과 상기 안전 상태를 상기 웨어러블 안전장비와 상기 관리자 앱 각각으로 전송하는 것을 특징으로 하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
According to claim 1,
The server transmitting the alarm level and the safety state to at least one of the wearable safety equipment and the manager app,
When the safety state is a dangerous state, the alarm level and the safety state are transmitted to the wearable safety equipment,
If the safety state is an accident detection, the operation method of the construction safety management system, characterized in that for transmitting the alarm level and the safety state to each of the wearable safety equipment and the manager app.
서버가, 상기 웨어러블 안전장비에 포함된 비상 신고 버튼, 심박 센서, 가속도 센서 각각으로부터 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 작업자의 심박수, 및 상기 작업자의 순간 가속도 각각을 수신하는 단계;
상기 서버는 상기 심박수를 이용하여 상기 작업자가 현재 수행하고 있는 작업이 상기 작업자의 신체에 주는 부하의 정도를 나타내는 작업 강도를 계산하는 단계;
상기 서버는 상기 심박수와 상기 순간 가속도를 이용하여 상기 작업자가 얼마나 피로한 상태에서 얼마나 많은 활동을 하였는지를 나타내는 신체 위험도를 계산하는 단계;
상기 서버는 상기 심박수와 상기 가속도를 이용하여 상기 작업자가 심정지 사고 또는 낙상 사고가 발생했음을 나타내는 사고 상황을 판단하는 단계; 및
상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 상기 신체 위험도, 및 상기 사고 상황에 기초하여 상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 작업자의 안전 상태를 판단하는 단계는,
상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부와 상기 신체 위험도 각각에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 상기 작업자에게 사고가 발생할 위험이 있음을 나타내는 위험 상태라고 판단하고,
상기 사고 상황에 따라 상기 작업자의 안전 상태를 상기 작업자에게 사고가 발생했음을 나타내는 사고 감지라고 판단하되,
상기 위험 상태는,
신체적 안전사고 노출도를 계산하여, 계산된 상기 노출도가 기 설정된 기준 수치보다 높은 경우의 작업자의 상태인 것인, 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
In the operation method of the construction safety management system using wearable safety equipment,
A server receiving each of the emergency report button included in the wearable safety equipment, the heart rate sensor, and the acceleration sensor, whether the emergency report button is pressed, the heart rate of the worker, and the instantaneous acceleration of the worker;
The server, using the heart rate, calculating the work intensity indicating the degree of load that the work currently being performed by the worker on the body of the worker;
Calculating, by the server, a physical risk indicating how much activity the worker has performed in the state of fatigue using the heart rate and the instantaneous acceleration;
The server using the heart rate and the acceleration to determine the accident situation indicating that the operator has a heart stop accident or fall accident; And
The server includes determining whether the safety state of the worker is based on whether the emergency report button is pressed, the physical risk, and the accident situation.
The step of determining the safety state of the worker,
It is determined that the safety state of the worker is a dangerous state indicating that there is a risk of an accident occurring to the worker according to whether the emergency report button is pressed and each of the physical risks,
According to the accident situation, it is determined that the safety state of the worker is an accident detection indicating that an accident has occurred to the worker,
The dangerous state,
A method of operating a construction safety management system that calculates a physical safety accident exposure level and is a condition of an operator when the calculated exposure level is higher than a preset reference value.
상기 사고 상황을 판단하는 단계는,
상기 심박수를 이용하여 상기 작업자의 심박 미약 또는 심박 과다 여부를 판단하는 단계;
상기 가속도를 이용하여 상기 작업자의 자유 낙하 여부를 판단하는 단계; 및
상기 심박 미약 또는 심박 과다 여부와 상기 자유 낙하 여부에 기초하여 상기 작업자의 사고 상황을 판단하는 단계;를 포함하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
The method of claim 7,
The step of determining the accident situation,
Determining whether the worker has a weak heart rate or excessive heart rate using the heart rate;
Determining whether the worker falls freely using the acceleration; And
And determining an accident situation of the worker based on whether the heart rate is weak or excessive, and the free fall.
상기 서버는 상기 비상 신고 버튼의 눌림 여부, 상기 작업 강도, 및 상기 사고 상황 판단 결과에 따라 서로 다른 경고 알람 등급을 판단하는 단계;를 더 포함하고,
상기 서버는 판단된 경고 알람 등급에 따라 상기 웨어러블 안전장비와 관리자 앱이 서로 다른 알람을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법.
The method of claim 7,
The server further comprises the steps of determining different warning alarm levels according to whether the emergency report button is pressed, the work intensity, and the accident situation determination result;
The server controls the wearable safety equipment and the manager app to output different alarms according to the determined warning alarm level.
상기 신체적 안전사고 노출도는, 하기 [수학식 10]으로 계산되는 것을 특징으로 하는, 건설 안전 관리 시스템의 동작 방법:
[수학식 10]
.The method of claim 7,
The physical safety accident exposure, characterized in that calculated by the following [Equation 10], the operation method of the construction safety management system:
[Equation 10]
.
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KR1020180136182A KR102086259B1 (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Construction safety management system using wearable safety device and wireless network and method for operating the same |
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2018
- 2018-11-07 KR KR1020180136182A patent/KR102086259B1/en active IP Right Grant
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